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Bohrgestänge für Luftspülverfahren Die Erfindung betrifft ein Bohrgestänge
für Luftspülverfahren mit einer daran geführten Luftleitung, die über Blasdüsen
mit dem Bohrgestängeinnenraum verbunden ist.
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Zum Niederbringen von Bohrlöchern, insbesondere zum Herstellen von
Brunnenbohrungen zur Absenkung des Grundwasserspiegels im Braunkohlentagebau werden
vielfach Saugbohrgeräte verwendet. Dabei wird jedoch bei großen Teufen ab etwa 200
m das Prinzip der Mischluftspülung benutzt, bei dem in das Bohrgestänge Preßluft
eingeblasen wird, die dann den erforderlichen Auftrieb für das Bohrgut bewirkt.
Die Bohrleistung ist abhängig von der Luftmenge und der Einblastiefe. Letztere hängt
wiederum vom Luftdruck ab.
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Es ist bekannt, an den Außenwänden der Bohrgestängeschüsse, die zum
Bohrstrang zusammengesetzt werden, um 180'e versetzt zwei Luftrohre anzubringen.
Diese müssen beim Nachsetzen eines Gestängeschusses den Luftrohren am vorhergehenden,
bereits mit der Leitung verbundenen Schuß genau gegenüberliegen. Sie sind durch
Rundschnurringe abgedichtet.
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Dieses bekannte Bohrgestänge wird in der Weise benutzt, daß immer
nur eine Luftleitung an die Druckluftzufuhr, z. B. einen Kompressor, angeschlossen
wird. Das luftführende Rohr kann während des Bohrvorganges durch eine an geeigneter
Stelle angeordnete Düse nur so lange Preßluft in das mit Wasser gefüllte Bohrgestänge
einblasen, bis der mit der Teufe größer werdende Wasserdruck dem Luftdruck das Gleichgewicht
hält. Das heißt, daß die Wassersäule sozusagen als Absperrventil wirkt, sobald die
Düse im Verlauf des Bohrvorganges eine Tiefe erreicht, bei der der Druck der Wassersäule
größer ist als der Druck der Preßluft. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, spätestens
in einer Tiefe, bei der sich der Druck der Preßluft und der Druck der Wassersäule
ausgleichen, auf eine Blasdüse umzuschalten, die weniger tief angeordnet ist und
sich also noch in einem Bereich befindet, in dem der Druck der Preßluft den Wasserdruck
überwiegt. Dieses Umschalten geschieht in der Weise, daß die Mitnehmerstange beim
Nachsetzen eines Gestängerohres um 180° verdreht angeflanscht wird und die vorher
unbenutzte Luftleitung mit dem Kompressor verbunden wird. In dieser Leitung ist
eine Düse angeordnet, die sich in einer geringeren Tiefe befindet als jene in der
anderen, vorher benutzten Luftleitung zuletzt benutzten Düse.
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Dieses bekannte Bohrgestänge ist sowohl in seiner Herstellung als
auch in seiner Handhabung einigermaßen kompliziert. Ein besonderer Nachteil besteht
auch darin, daß Schraubverbindungen zwischen den einzelnen Schüssen des Bohrgestänges
nicht möglich sind, da beim Zusammenschrauben der Schüsse die außerhalb derselben
befindlichen Luftrohre nicht oder nur in wenigen Fällen fluchtend miteinander verbunden
werden könnten.
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, die vorstehend beschriebenen
Nachteile zu beseitigen, die in erster Linie auf das Vorhandensein von zwei Luftleitungen
zurückzuführen sind.
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Das Neue gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Blasdüsen aus
einem Gehäuse, einem Differentialkolben und einem Kolben bestehen und in Abhängigkeit
vom Luft- und Wasserdruck Luftdurchlaßöffnungen freigeben oder verschließen.
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Bei Anwendung dieses Vorschlages ist es möglich, nur mit einer Luftleitung
auszukommen, da die Düse in Abhängigkeit von Luft- und Wasserdruck in einem vorherbestimmbaren
Tiefenbereich in Tätigkeit tritt, also geöffnet ist. Der Vorschlag gemäß der Erfindung
gestattet weiterhin. die einzelnen Schüsse über Schraubgewinde miteinander zu verbinden.
Dabei können die einzelnen, jeweils jeden Schuß zugeordneten Abschnitte der Luftleitung
an den Verbindungsstellen über Ringräume miteinander verbunden sein, wie sie im
Zusammenhang mit Rohrsträngen in Gewinnungsbohrungen bereits bekannt sind.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht einer Gesamtanordnung zum Niederbringen von
Bohrlöchern nach dem Luftspülverfahren, F i g. 2 einen Ausschnitt eines Bohrgestänges
mit Luftzuführung und Einblasdüse in vertikalem Schnitt, F i g. 3, 4 und 5 verschiedene
Stellungen der Blasdüse.
Zum Niederbringen eines in F i g. 1 der
Zeichnung dargestellten Bohrloches 10 dient ein Bohrgestänge 11, das
an seinem unteren, in der Zeichnung nicht dargestellten Ende ein Bohrwerkzeug trägt.
Das gelöste Bohrgut wird in dem mit Wasser gefüllten Bohrgestänge mittels Preßluft
nach oben gefördert.
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Das Bohrgestänge wird durch einen Drehtisch 12
angetrieben.
Außenseitig trägt es eine Luftleitung 13, durch die Preßluft unter Zwischenschaltung
von Düsen 14 in das Bohrgestänge eingeblasen werden kann.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 sind die obere Düse
14 in einer Teufe von 20 m, die Düse 14 a in einer Teufe von 100 m
und die Düse 14 b in einer Teufe von 180 m angeordnet. Die Wahl des Abstandes richtet
sich jeweils nach dem Druck der verwendeten Preßluft.
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F i g. 2 zeigt in größerem Maßstab einen Abschnitt des Bohrgestänges
11, der über ein Schraubgewinde 15 mit einem Rohrstück 16 verbunden
ist. Dieses trägt die Düse 14. Der Schuß 11 des Bohrgestänges und
der die Düse 14 tragende Rohrabschnitt 16 sind an beiden Enden jeweils mit
einem umlaufenden Kragen, Flansch od. dgl. 17 bzw. 18 versehen. An ihren einander
zugekehrten Seiten weisen diese Kragen oder Flansche 17 bzw. 18 umlaufende
Ausnehmungen 19 bzw. 20 auf. Im zusammengesetzten Zustand der Teile
ergibt sich somit ein Ringraum, in den hinein Rohre 21 und 22 münden. Diese für
die Zuleitung der Luft bestimmten Rohre sind außen am eigentlichen Bohrgestänge
angebracht. Es liegt auf der Hand, daß durch den Ringraum 19, 20 in jedem
Fall eine Verbindung zwischen den beiden Luftrohren 21 und
22 besteht, und zwar unabhängig davon, ob und gegebenenfalls um welchen Betrag
die Luftrohre gegeneinander versetzt in den umlaufenden Ringraum 19, 20 einmünden.
Das Luftrohr 22 ist an seinem einen Ende fest mit der Ringkammer 23 verbunden,
in der auch die Düse 14 angeordnet ist.
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Die F i g. 3 bis 5 zeigen Einzelheiten dieser Blasdüse.
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Bei Verwendung von Luft mit 20 atü beträgt die maximale Teufe, in
welcher noch Luft in das Gestänge eingeblasen werden kann, 200 m. Da, wie bereits
an Hand der F i g. 1 erläutert worden war, die Einblasdüsen 14, 14a und
14b einen Abstand von jeweils 80 m haben, sollen die Düsen, wenn sie im Verlauf
des Bohrfortschrittes eine Teufe von 100 m erreicht haben, öffnen und später bei
Erreichen einer Teufe von 200 m schließen .
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In der Ringkammer 23 beträgt der Luftdruck 20 atü. Dieser
Luftdruck wird über eine Ölfüllung 24 auf die Ringfläche F1 des Differentialkolbens
25 und, weil durch eine Bohrung 26 im Differentialkolben der Zufluß auf eine
im Kolben 25 beweglichen weiteren Kolben 27 möglich ist, auch auf dessen
Rückfläche 28 ein. Die Ölfüllung 24 wird verwendet, weil sich damit die Dichtungsprobleme
besser beherrschen lassen. Die Kolbenfläche F, als Summe der zum Rohrinneren gerichteten
Stirnflächen der Kolben 25 und 27 ist doppelt so groß wie die Ringfläche F1 an der
Rückseite des Kolbens 25. Bis die Düse eine Teufe von 100 m erreicht hat, ist die
aus dem Luftdruck resultierende Kraft - 20 - Ringfläche F1 - größer als der Wasserdruck
auf die größere Fläche F, bzw. die sich daraus ergebende Kraft. Der Kolben
25 wird somit in Pfeilrichtung 29 in Richtung auf das Innere des Bohrgestänges gedrückt.
Der kleinere Kolben 27 wird ebenfalls in Pfeilrichtung 29 durch den Druck des Öls
und in Pfeilrichtung 30 nach außen durch den Druck des im Bohrgestänge befindlichen
Wassers beaufschlagt. Solange Öldruck bzw. Luftdruck überwiegen, wird der Kolben
27 nach innen in Pfeilrichtung 29 verschoben. Daraus ergibt sich, daß in Teufen
von 0 bis 100 m gemäß der Darstellung der F i g. 3 der Weg der Druckluft
aus dem Ringraum 23 durch die Leitung 31 im Kolbengehäuse 32 und Leitung 33 im Kolben
25 und Leitung 34 im Kolben 27 gesperrt ist. Sobald eine Teufe erreicht wird, die
größer ist als 100 m, wird die Kraft, die sich aus dem Wasserdruck und der Fläche
F., ergibt, größer als die Kraft aus dem Luftdruck und der Ringfläche F, Der Kolben
25 wandert somit in Pfeilrichtung 30 nach außen, während der Kolben 27 seine Relativstellung
zum Kolben 25 beibehält. Dann sind, wie aus F i g. 4 hervorgeht, die Leitungen
31, 33 und 34 fluchtend, so daß Preßluft in das Innere des Bohrgestänges
einströmen kann.
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Wird die Druckluftzufuhr aus irgendwelchen Gründen unterbrochen, dann
überwiegt der Druck der Wassersäule und der Kolben 27 wandert innerhalb des Kolbens
25 nach außen in Pfeilrichtung 30, wie dies F i g. 5 erkennen läßt. Die Düse ist
dann gesperrt. Gleiches gilt für den Fall, daß die Düse in eine Teufe gerät, die
größer als 200 m ist. Auch in diesem Fall überwiegt der Druck der Wassersäule, so
daß in der vorbesehriebenen Weise ein Schließen des Ventils bewirkt wird.